SLS 3D プリンティングをマスターする:テクニック、材料、実際のアプリケーション

選択的レーザー焼結 (SLS) は、部品の設計と製造方法を変革した革新的な積層造形 (3D プリンティング) 技術です。 SLS は、熱可塑性粉末を系統的に焼結させて連続層ごとに部品を構築する強力なレーザーを通じて部品を作成します。アンダーカットや内部特徴のある複雑なプラスチック部品など、他の製造方法では製造が困難な複雑なプラスチック部品も、後処理がほとんど必要なく、SLS 3D プリントで簡単に製造できます。さらに、ナイロン、ポリプロピレン、熱可塑性ウレタンなどの幅広い熱可塑性材料をすべて SLS プロセスで使用できます。積層造形 (AM) 手法として、SLS は製品開発とプロトタイピングのプロセスを合理化しましたが、小規模から中規模のバッチ向けの部品の製造方法にもパラダイム シフトをもたらしました。

選択的レーザー焼結 3D プリントとは何ですか?

選択的レーザー焼結 (SLS) は、PBF 3D プリンティング技術です。この技術では、レーザーを利用してプラスチック粒子を層ごとに焼結し、3D プリント部品が完成します。 SLS は通常、プラスチックで動作し、粉末自体が十分なサポートを提供するため、サポート構造を必要としません。 

選択的レーザー焼結は、まずプラスチックの溶融温度直下に加熱された台板上にプラスチック粒子の薄い層を分配することによって機能します。このプラスチックは、希望の厚さで材料の層を置くリコータによって分配されます。次に、レーザーを走査ミラーに向けて部品の断面を追跡し、粒子を一緒に焼結します。層が完成すると、プリント ベッドが下に移動し、別の粉末層が前の層の上に堆積されます。このプロセスは、パーツが完了するまで繰り返されます。

SLS 印刷で作られたペンホルダー

選択的レーザー焼結 3D プリントはどのように機能しますか?

選択的レーザー焼結は、まずプラスチックの溶融温度直下に加熱された台板上にプラスチック粒子の薄い層を分配することによって機能します。このプラスチックは、希望の厚さで材料の層を置くリコータによって分配されます。次に、レーザーを走査ミラーに向けて部品の断面を追跡し、粒子を一緒に焼結します。層が完成すると、プリント ベッドが下に移動し、別の粉末層が前の層の上に堆積されます。このプロセスは、パーツが完了するまで繰り返されます。

SLS の長所と短所は何ですか?

以下の表 1 に、SLS 3D プリンタ テクノロジーの長所と短所を示します。

表 1:SLS の長所と短所

長所 短所

長所

SLS パーツは粉末自体が材料をサポートするため、サポート材料は必要ありません。これにより、印刷後に粉末を排出するための経路があれば、内部ボリュームの印刷が簡単になります。

短所

SLS では、FDM (溶融堆積モデリング) などの他の技術と比較すると、利用可能な材料の範囲が比較的限られています。 SLS の材質としてはナイロン、ポリスチレン、TPU が考えられますが、ナイロンが最も一般的に使用されます。  

長所

SLS では通常、白、黒、またはグレーのナイロンが使用されますが、パーツは印刷後にさまざまな色に染色することができます。

短所

SLS パーツは多孔質です。これは、個々のプラスチック粒子が完全に溶けて均質な塊になるのではなく、粒子の端で一緒に焼結され、間に空隙が残るためです。

長所

SLS パーツには、非常に細かく、非常に詳細なフィーチャーが含まれる場合があります。この出力は、レーザーの焦点が非常に小さいためです。最小 0.75 mm のフィーチャも印刷できます。 

短所

印刷中に使用される未使用のパウダーのうち、リサイクルできるのは 50% のみです。これは、時間の経過とともに一部の材料を廃棄する必要があり、FDM や SLA (光造形) などの他のテクノロジーと比較した場合、SLS が比較的無駄になることを意味します。

長所

SLS 印刷は、各層をほぼ瞬時に焼結できるため、FDM や SLA などのテクノロジーと比較すると非常に高速です。 

短所

SLS 印刷テクノロジーは、材料を焼結するためにレーザーが必要なため、コア テクノロジーがそれほど特化されていない SLA や FDM と比較するとコストがかかります。

SLS 印刷素材とは何ですか?

SLS で使用できる素材の数は限られており、ナイロンが最も一般的に使用されます。利用可能なさまざまなマテリアルを以下に示します。

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ナイロン/PA11: この材料は丈夫で、耐衝撃性に優れています。 PA11 は PA12 よりも耐熱性が高く、PA12 と比較すると破損する前により高いレベルの変形を受ける可能性があります。

ナイロン/PA12: この材料は硬く、高強度、優れた耐薬品性、生体適合性を備えています。 PA11 と比較すると、PA12 は熱抵抗が低くなります。 PA12 は、SLS 印刷で最も一般的に使用される素材です。 

充填ナイロン: PA11 および PA12 は、熱的および機械的特性を向上させるガラスや炭素繊維などのフィラーを含めることで特性を変更できます。 

鋳造可能なポリスチレン: この材料は、真空成形および砂型鋳造のマスター部品として使用するように設計されています。靭性と融点が低いため、機能部品としての用途には適していません。

TPU エラストマー: ゴムのような柔軟性を持ち、靭性、耐摩耗性に優れた素材です。ショア A スケールで異なる硬度を持つように変更することもできます。 

この背後にある利点は、サポートされていないパーツを実際に構築できることです。従来の 3D プリント方法では通常、オーバーハング フィーチャーをサポートする構造が必要です。 SLS はもう少し簡単です。まるで宝探しのようです。中にパーツが入っているので、基本的には払い落とすことができます。

グレッグ・ポールセン

アプリケーション エンジニアリング担当ディレクター

SLS 3D プリンターの主要部品は何ですか?

3D SLS プリンタのさまざまな部分を以下に示します。

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レーザー: レーザー (通常は CO2 レーザー) は、プラスチック粒子を互いに焼結させるために使用されます。レーザーは走査ミラーを使用して照射され、レーザーは層の断面をトレースするように指示されます。

マテリアル配信システム: 材料供給システムはすべての粉末を保管します。パーツが構築されると、このメカニズムにより材料がリコータに供給されます。

リコータ: リコータは、パウダー供給システムからマテリアルを引きずり出し、プリント ベッド/先行レイヤー上に配置します。

プリントベッド: 部品が印刷されると、プリント ベッドは下に移動します。必要な解像度に応じて、通常は 1 層あたり 50 ～ 200 ミクロンの間で移動します。新しいパーツ層ごとに、リコータによってプラスチックの薄い層がプリント ベッド上に配置されます。

ヒーター: ヒーターはビルド ボリュームを高温に保ち、粉末を焼結するためにレーザーが必要とするエネルギーを削減することで焼結プロセスを支援します。

SLS 3D プリンティング図

最高の SLS 3D プリント樹脂とは何ですか?

SLS が取り扱う 3D プリント素材の範囲は限られています。ただし、これらの中で最も優れたものを以下に示します。

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PA12 (ナイロン): PA12 は、機械的、熱的、化学的耐性に優れた特性を備えており、幅広い用途に理想的な材料です。 PA12 は、SLS 印刷に最も一般的に使用される素材です。

PA12CF (ナイロン): カーボン充填ナイロンは、ベースナイロンの剛性、強度、硬度を大幅に向上させ、優れた強度重量比を備えた高性能パーツの作成を可能にします。

TPU エラストマー: TPU エラストマーを使用すると、優れた耐摩耗性と靭性を備えた柔軟な部品を作成できます。 

SLS 3D プリントに関するよくある質問

SLS 3D プリントは医療業界でどのように使用されていますか?

SLS 3D プリントは、患者の体の 3D スキャンに基づいてカスタムフィットのプロテーゼに使用されます。 SLS 3D プリントは、外科手術計画の 3D スキャンに基づいて患者固有の参照モデルを作成するためにも使用されます。

SLS 3D プリントはジュエリー業界でどのように使用されていますか?

SLS 3D プリントは、他の方法では不可能な非常に詳細なモデルを作成するために使用されます。これらのモデルは鋳造用の型を作成するために使用されます。具体的には、ポリスチレンなどの材料を印刷して、貴金属を鋳造するための型を作成するために使用できます。 

SLS プリンタは、大きくて細かい部分を作成できますか?

はい、SLS プリンターには、かなりのパーツを収容できる大きなビルドボリュームがあります。精密レーザーを使用することで、非常に大きな部品に微細なディテールを組み込むことができます。

SLS と SLA の違いは何ですか?

SLS (選択的レーザー焼結) はレーザーを使用してプラスチック粒子を焼結しますが、SLA (光造形) はレーザーを使用して液体フォトポリマーを選択的に硬化します。どちらのテクノロジーも非常に詳細なパーツを作成でき、印刷速度は同等です。 

概要

Xometry は、SLS 3D プリンティング、CNC 加工、射出成形、レーザー切断、板金製造などの幅広い製造機能を提供します。今すぐすぐに見積もりを入手してください。

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ディーン・マクレメンツ

Dean McClements は機械工学の学士優等学位を取得しており、製造業界で 20 年以上の経験があります。彼の職業上の経歴には、Caterpillar、Autodesk、Collins Aerospace、Hyster-Yale などの大手企業で重要な役割を果たし、そこでエンジニアリング プロセスとイノベーションに対する深い理解を深めました。

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